已经发现了一种新的几何形状，它可以在制造弯曲的组织和器官时实现上皮细胞的三维堆积。
所有生物体都起源于单个细胞，然后分裂成更多细胞，这些细胞又不断分裂和细分，最终形成数十亿个细胞，构成整个生物体。生物学中最令人费解的方面之一，就是如何从细胞开始，先形成组织，再形成器官。本质上，由少数细胞构成的简单胚胎结构，最终会发育成为拥有复杂器官的生物体。例如，数百万个上皮细胞紧密排列，构成了人类的皮肤——我们最大的器官，也是我们最坚固的屏障。如果我们的皮肤是一个完全平坦的表面，那么我们可以用已知的几何形状来堆叠，从而构建皮肤。但由于我们的身体并非平坦，这些上皮细胞必须弯曲变形。上皮细胞不仅构成了我们皮肤的外层，它们还覆盖着所有动物的血管和器官内壁。胚胎发育过程中，由细胞构成的组织会弯曲并形成复杂的三维形状，最终发育成心脏、肝脏等器官。最初的上皮细胞会“移动”并“连接”在一起，自我组织并紧密排列，从而赋予器官最终的三维形状，因为大多数器官都是弯曲的结构。正是由于这种弯曲的需要，人们了解到，覆盖器官的上皮细胞必须呈现柱状或瓶状，以便在胚胎生长过程中包裹器官。上皮细胞还具有其他功能，例如形成抵御感染的屏障和吸收营养物质。
发现了一个新的形状！
西班牙塞维利亚大学和美国利哈伊大学的研究人员在《自然通讯》杂志上发表的一项研究中得出结论：上皮细胞呈现出一种类似于“扭曲棱柱”的形状。这种新的立体几何形状被命名为“盾形体” （scutoid）。这种形状使上皮细胞能够实现其为器官提供三维覆盖的功能。盾形体是一种棱柱状结构，一侧有六个面，另一侧有五个面，并且棱柱的一条长边上还有一个三角形面。盾形体的这种独特结构使其可以以五边形和六边形交替的方式堆叠在一起，从而形成曲面。这个名称在几何学中并不存在，是研究人员经过仔细考虑后选择的，因为它与甲虫胸甲（昆虫胸部的后部）的形状非常相似。
鳞片状丰富
研究人员运用了基于沃罗诺伊图的计算建模技术。沃罗诺伊图是理解不同领域几何形状最常用的工具。建模实验表明，随着组织曲率的增加，构成这些组织的细胞呈现出比之前认为的柱状和瓶状更为复杂的形状。上皮细胞呈现出一种此前未被描述过的形状，这种特殊形状有助于细胞提高能量效率，同时最大限度地保持稳定的排列。研究人员仔细观察了不同动物体内各种组织的三维排列，以分析其形态。实验数据证实，上皮细胞确实呈现出与计算建模预测非常相似的三维结构。因此，这种新的盾状体形状有助于细胞弯曲和变形，并使细胞能够以最佳方式保持稳定的排列。在确定这种新形状的存在后，研究人员在其他生物体中寻找类似盾状体的形状，并发现这种形状普遍存在。在斑马鱼的上皮细胞和果蝇的唾液腺中也发现了这种盾状形状，尤其是在那些组织需要弯曲程度最大而不是呈现扁平外观的区域。
这是一个非常有趣和独特的发现，可以进一步加深我们的理解，帮助我们控制器官的三维组织（形态发生）。 它可以更清楚地说明当器官不能正确形成导致疾病时会发生什么。 它可能对人工器官和组织工程的生长领域有巨大帮助，因为构建具有正确包装结构的支架会带来更好的结果。 这种新形状的发现在各个科学领域都有潜在的应用。
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来源（S）
Gómez-Gálvez P 等人。 2018. Scutoids 是上皮三维堆积的几何解决方案。 自然通讯. 9（1）。
https://doi.org/10.1038/s41467-018-05376-1
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